车载信号设备在城市轨道交通中应用

【摘要】介绍了轨道交通车载信号设备基本构成，结合作者工作经验对车载信号系统设备的构成、车载信号在轨道交通中的应用进行了简述，希望使车载信号技术在城市轨道交通中的应用更为广泛和深入。

【关键词】城市轨道交通、车载信号、设备应用

中图分类号：C913.32 文献标识码：A 文章编号：

轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。而车载信号系统作为轨道交通信号系统的关键组成部分，直接负责列车的运行控制，因此其故障后的危害性很大。

尽管我国城市轨道交通已经部署了大量的监控系统，在保障运营安全方面发挥了重要作用。但是，由于车载信号系统状态信息在列车运行过程中处于相对孤立的状态，缺乏对车载信号系统关键装备(包括车载信号ATo／ATP设备，即AutomaticTrainOperation列车自动运行／Automatic TrainProtection列车自动防护)的一体化实时监控技术，无法为运营提供有效的安全保障。

一、车载信号系统设备构成

城市轨道交通信号系统通常分为地面设备、指挥控制中心设备、车载设备三大部分，其中车载设备正是承载轨道交通高密度行车要求的关键控制系统。以CBTC(基于通信的列车控制系统)为例，其车载信号设备包括司机操作台人机交互显示屏DMI、无线天线、信标天线、编码里程计、车载核心计算机、车载以太网交换机及中继器、运行模式选择开关和按钮等部件。

1．车载DMI(Driver．Machine Interface)。安装在列车司机操作台中心位置，一般为10英寸左右的液晶显示屏幕，车载信号设备正常工作时，DMI能够显示列车驾驶模式、运营模式、限制速度、车门状态、列车定位等关键信息点，直接为驾驶员操纵列车提供信息。

2．无线天线DCS(Data Communication Sys- tem)。基于移动通信的列车控制系统需要高速实时车，地信息交换，DCS天线是列车与地面波导设备实现无线通信的设备，在CBTC模式下，DCS天线冗余配置，最大限度地保证车一地通信连接完好，并通过车载冗余以太网提供列车数据信息传递通道。

3．信标天线(Beacon Antenna)。其主要作用是提供列车定位信息，向地面信标提供无线微波信号，以激活地面信标，地面信标将自身存储的信息、发送给列车车载设备处理，列车由此获取定位信息，为实现高精度列车定位提供基础条件。

4．编码里程计(Odometer)。它是车载信号设备获取列车运行速度的关键设备，与列车轮对主轴同轴安装，通过内部高速旋转编码盘，获取列车实时速度信息。

5．车载计算机和网络交换机。车载信号设备的核心单元就是列车车载信号机柜内安装的车载中心处理器设备，车载计算机是车载信号设备的核心，为保证系统安全、可靠运行提供数据通道、安全校验、冗余备份等重要功能。

二、车载信号设备应用

车载信号车辆位置信息传输的主要功能是在特定情况下利用专用无线通信系统传输通道进行车辆位置信息传输和信息共享。以辅助调度人员指挥运营需要。

1、车载信号车辆位置信息流特性。

车载信号通过与车辆系统间接口对车辆进行通信，传递指令，并由车辆执行命令完成对列车的运行控制。比如，在ATO模式下的列车牵引，列车到站自动停车以及车门开、关、在列车运行中对旅客的报站广播等控制指令，都来源于车载信号与车辆系统的接口通信。而所有命令的执行完全由车辆来完成。车载信号设备与车辆的接口可分为机械接口与电气接口，接口本身又分输入接口与输出接口。机械接口安装是严格按照供货商对信号系统设备机械尺寸及安装位置要求在车辆上进行的。

车载信号与车辆之间的接口主要是一些控制命令的输入、输出。列车两端司机室ATC设备的通信，均采用硬线连接传输的方式，通过直接检测分线盘端子是否有24V输入电压，即可判断出是信号设备本身的故障，还是按钮本身或是按钮至ATC设备的接线故障，即车辆故障。

2、息传输与控制

车载信号车辆位置信息的信源是车载信号设备，信宿是控制中心专用无线系统CAD调度服务器和调度台，通信车载台在接收、解析该类信息之后将进一步转发给CAD调度服务器．由后者在系统内部实现信息共享，分发给相应的调度台等设备。地面PIS车载设备提供给通信车载台设备的车载信号车辆位置信息是一种高精度、周期性实时更新的信息流。

3、共享系统短数据传输服务

本系统中．主要存在以下两种数据传输需求需要使用到系统提供的短数据传输服务：

1)CAD调度系统与通信车载台、固定台之间定制数据传输需求：包括列车位置更新、对时信息、呼叫请求等，其中最频繁的数据是列车位置更新：

2)通信车载台到控制中心设备之间的数据传输需求：车载信号车辆位置信息。根据总体设计，第一种数据传输主要是下行数据传输，而第二种数据传输主要是上行数据传输，这两种数据传输相互之间影响较小。

4、专用无线通信系统短数据传输通道性能

从通信车载台到无线系统控制中心设备之间采用系统提供的短数据传输服务实现数据传输，无线系统的短数据传输服务直接影响到车载信号车辆位置信息传输性能。

5、信号系统资源共享

基于计算机及数字信号处理技术的通用信号车载设备利用一套硬件平台识别、处理多种制式的地面信号，从而实现列车在多制式地面信号的条件下安全运行。例如，干线铁路通用式机车信号采用数字信号处理(DSP)技术解决了干线铁路信号多制式问题，保证了提速列车长交路、跨线的安全运行。为北京地铁2号线研制的LCF一100(DT)超速防护车载设备也通过软件，实现了兼容北京地铁1号线英国西屋提供的地面信号系统功能。但是，这种方式需要业主进行组织协调，因为这样的通用车载设备需要与不同厂商的地面设备进行配合，协调工作难度比较大，但是优势是非常明显的。

三、结语

随着我国城市的轨道交通由“从无到有”发展到“从有到多”，逐步形成城市轨道交通网络，很多在初级阶段不太引人注意的技术问题已凸现出来。在城市轨道交通的网络规划、建设及运营中，应采用资源共享、互联互通等先进的理念，以便节约资源、降低运营成本、提高运营效率。

笔者所述的车载信号设备在城市交通中的应用，最大限度地利用现在地铁里已有的相关设备，再此基础上进行开发创新，具有较大的实用价值和可行性，希望该技术在不久的将来能在我国轨道交通领域得到更广泛应用。

参考文献：

[1]李芳.陶云 车载信号系统的调试[J]-现代城市轨道交通2006(4)

[2]朱沪生 上海城市轨道交通网络化建设的实践和对策[J]-城市轨道交通研究 2006(12)

[3]朱军.宋健 城市轨道交通资源共享探讨[J].城市轨道交通研究，2003(2)：9．

[4]顾伟华 上海城市轨道交通网络建设与资源共享[J].城市轨道交通研究，2005(6)：15．

[5]龚小聪 地铁通信传输系统方案探讨[J].都市快轨交通，2005，18(2)：18．